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申请/专利权人：西安科为智通复合材料技术有限公司

摘要：本申请属于复合材料结构设计与分析领域，特别涉及一种碳纤维复合材料缠绕管件扭转刚度高效估算方法。1数据准备阶段：该方法使用复合材料的基本力学性能参数——纵向模量E1作为唯一的材料输入参数，根据纵向模量E1的取值范围确定纵向变换系数，进而通过简单的线性缩放得到材料的等效总模量Etotal；2刚度设计阶段，根据缠绕管件内径、外径、长度及扭转刚度指标等信息，计算出满足刚度要求的等效剪切模量Gxy，然后通过计算等效剪切模量Gxy与等效总模量Etotal的比值，得到等效剪切模量变换系数K2，进而通过查询不同等级碳纤维复合材料等效剪切模量变换系数K2随缠绕角度±θ的变化历程曲线即可得到可用的缠绕角度范围；3刚度校核阶段，根据缠绕管件内径、外径、长度及缠绕角度±θ，查询所对应的等效剪切模量变换系数K2，然后通过计算等效剪切模量变换系数K2与等效总模量Etotal的乘积得到等效剪切模量Gxy，最后套用扭转刚度计算公式直接得到该结构在当前缠绕角度下的扭转刚度。该方法避免了复合材料刚度计算中的大量矩阵运算，且仅需要一个材料常数既可以完成计算，方便快捷，误差范围在工程设计可接受范围内。

主权项：1.一种碳纤维复合材料缠绕管件扭转刚度高效估算方法，其特征在于，包括如下几个阶段：1第一阶段：数据准备阶段，共有三个步骤：步骤一：准备某种正交各向异性复合材料的基本力学性能参数——纵向模量E1，作为后续分析的唯一材料性能参数；步骤二：根据纵向模量E1的范围，通过查询表1得到纵向变换系数K1；步骤三：按照以下公式计算材料的等效总模量Etotal； 表1不同纵向模量E1对应的纵向变换系数K1取值 纵向模量E1 纵向变换系数K1 100Gpa～150Gpa 0.87 150Gpa～200Gpa 0.89 200Gpa～250Gpa 0.93 300Gpa 0.95 2第二阶段：刚度设计阶段，已知缠绕管件扭转刚度WT的指标值初始内径d、外径D及管件长度L，设计满足刚度要求的缠绕角度，使得共有四个步骤：步骤一：按照以下公式计算圆管剖面极惯性矩Ip； 步骤二：根据扭转刚度计算所需的等效剪切模量值Gxy； 步骤三：采用以下公式计算等效剪切模量变换系数K2； 步骤四：根据上述求解出的等效剪切模量变换系数K2，查询不同等级碳纤维复合材料等效剪切模量变换系数K2随缠绕角度±θ的变化历程曲线，找到满足要求的等效剪切模量变换系数K2所对应的缠绕角度即可；3第三阶段：刚度校核阶段，已知缠绕管件初始内径d、外径D及管件长度L及缠绕角度±θ，计算其扭转刚度WT，共有四个步骤：步骤一：按照以下公式计算圆管剖面极惯性矩Ip； 步骤二：查询不同等级碳纤维复合材料等效剪切模量变换系数K2随缠绕角度±θ的变化历程曲线，找到缠绕角度±θ所对应的等效剪切模量变换系数K2；步骤三：采用以下公式估算该圆管缠绕角度±θ情况下的等效剪切模量Gxy；Gxy＝K2Etotal步骤四：采用以下公式计算缠绕管件的扭转刚度：

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